列车引发建筑物振动的现场测试1.doc

精品论文推荐列车引发建筑物振动的现场测试1冯 牧华东交通大学土木建筑学院，南昌（330013)email：摘要：通过现场测试的方法对铁路线附近建筑物的振动特性、建筑物振动的传播规律及其 影响因素进行了研究。结果表明：列车引发的建筑物振动属于低频振动，建筑物结构对高频振动具有衰减的作用；振动随列车速度的提升而增大，随列车编组的加长而增大，随列车轴 重的增加而增大；建筑物的振动水平随楼层的上升呈曲折分布。关键词：列车；建筑物振动；振动特性；现场测试 中图分类号: u233；tu473随着经济的飞速发展，城市规模不断扩大，人口数量逐渐攀升，人们的经济活动也日 趋活跃，而所有这一切都给交通运输带来了巨大的压力，从而促使其不断向高速、重载、大 运量和高密度方向发展。城市轨道交通系统依靠其安全、准时、舒适、方便、快捷等独特的 优势，已成为国内外大中城市和地区解决城市交通压力的有效措施。但是随着轨道交通线路 密度以及城市中的建筑密度的不断增大，这就不可避免地产生了在铁路、道路、高架桥周边 等有着较强振动影响的地带出现建筑物区域的现状，而且由于现代建材及施工技术的发展， 越来越多的轻质高强的材料被使用，这样往往使建筑物具有的阻尼和固有频率都较低，更容 易受到地面振动的影响，从而导致交通系统所产生的振动对周边环境的影响也越来越严重。当地面列车通过时，车轮与轨道之间的作用将导致振动产生，这些振动通过路基结构 传递到周围土层并向四周继续传播，当振动传播到邻近的建筑物内时，建筑物中的居民可能 会感觉到楼板或墙的振动、听到窗户或家具玻璃发出的咔嗒声、发现放在架子上或悬挂在墙 上或天花板上的物品的晃动等。这种振动频繁的发生以及长时间的持续会对建筑物内人们的 正常生活、学习和工作产生严重的干扰(例如影响高新技术产品如计算机芯片的生产、激光 制版、精密手术的实施等)。文献15叙述了世界各地由于列车引发的环境振动所产生的各种恶劣的振动污染情况， 文献612分别从现场实测、理论研究和数值分析等方面针对运行列车引发的地面及低层或多层建筑物的振动影响进行了分析。本文通过现场测试和数值分析的方法对列车荷载下建筑物 的振动特性进行了研究，总结了列车速度、列车编组、列车轴重、建筑物到轨道中心线距离、 建筑物结构形式等因素的影响规律，研究成果可为铁路线路的规划设计提供一定的参考。1. 列车引发建筑物振动的现场测试1.1试验场地和加速度传感器的布置上海普陀区“香溢花城”小区紧邻沪宁铁路 ，距离轨道中心线最小距离为 24m，小区内 居民生活很有可能受到铁路环境振动的干扰，为了研究列车荷载作用下建筑物的振动特性， 选择该小区紧靠沪宁线一侧的四号楼进行现场测试（图 1、2）。四号楼的结构形式为全剪 力墙形式，地上部分共 32 层，建筑物每层高 3 米，建筑物顶部有两座 6 米高的“空中花园”； 四号楼每层有 3 个单元，每个单元中有 3 套住房，每个单元有两座电梯和一座楼梯；四号楼 有一层地下室高度为 3.6 米；建筑物的桩基础采用 800 的钻孔灌注桩，桩长 56 米；四号楼1 *国家 973 计划（2007cb4166 07）；国家自然科学基金（50568002）。- 6 -总长 58.5 米，宽 21 米。图 1 “香溢花城”四号楼外观图 2 从楼上俯瞰沪宁铁路测试中对1-27层隔层同时布置9818型加速度传感器（图3），各楼层的测点均选取在房 间楼面中央处。该地段沪宁线有4条运营中的轨道线，见图4的平面示意图。图 3 9818 型加速度传感器图 4 测点布置图1.2列车荷载情况试验荷载为现场通过的客运列车，实测车速范围为40120km/h。列车荷载数据见表1， 试验中共测得20组有关地面振动的试验数据。表1 现场试验中的列车荷载数据编号机车节数车速荷载 线路类型（节） （km/h）情况编号机车节数车速荷载 线路类型（节）（km/h）情况12345678910ss204041 动+19 拖df 19 85 31 动+18 拖 crh2 16 105 4 8 动+8 拖 df18 41 11 动+17 拖 ss 187231 动+17 拖 df20 76 21 动+19 拖 df20 61 31 动+19 拖 df17 65 41 动+16 拖 df20 52 31 动+19 拖 ss 207931 动+19 拖11121314151617181920df146541 动+13 拖ss18 61 41 动+17 拖 crh2 8 78 4 4 动+4 拖 df148111 动+13 拖 crh2 8 108 4 4 动+4 拖 crh216 112 3 8 动+8 拖 crh2 8 120 4 4 动+4 拖 crh216 116 4 8 动+8 拖 df146231 动+13 拖 crh2 8 111 3 4 动+4 拖1.3楼板振动加速度的频谱分析选取表1中的第15组试验的加速度数据来分析建筑物楼板振动的频谱特性。图5、图6分 别示出了四号楼1楼和27楼的竖向振动的加速度频谱曲线。从图中可以明显地看出运行列车 荷载作用下建筑物楼板的竖向振动频率都主要集中020hz的范围内，均属于低频振动。图 5 测点 1（第 1 层）垂向加速度频谱曲线图 6 测点 14（第 27 层）垂向加速度频谱曲线从频谱图的峰值可看出一楼楼板竖向振动中贡献比较大的三个主频分别为9.3hz、17.3hz 和18.9hz。而二十七楼楼板竖向振动的主频变成了7.7hz 和9.0hz，高频成分所起的 贡献就比较小了，这说明建筑物振动在从底层到高层的传播过程中，建筑物结构对振动中的 高频分量起到了滤波作用。1.4 地面振动vlz振级的变化特性除了用加速度作为建筑物振动的评价量外，根据国际标准化组织 iso2631/2 和我国国家 标准城市区域环境振动测量方法(gb10071-88)规定环境振动采用 vlz 振级(单位：db) 进行评价，其定义 vlz 振级的计算公式为:rms0vlz = 20 lg(a/ a ) (1)rms式中：a0为基准加速度，一般取值为10-6m/s2，而 a振动加速度有效值，可以通过式a=arms2frms100.1c f (2)式中：a frms 表示频率为f的加速度有效值；c f 为振动加速度的感觉修正值，具体取值可 参考文献13。对实测的20组测试速度数据进行微分转换为加速度，再进行分析整理，可得到建筑物楼板振动加速度级随楼层的变化呈折线变化的趋势，见图7。同时，从中选取部分数据进行组 合，可以比较在不同机车类型、不同编组情况和不同行车速度作用下建筑物各楼板测点的 vlz振级，如图810所示。图 7 20 趟列车引起的建筑物振动等级及其均值图 8 不同机车牵引类型对建筑物 vlz 的影响图 9 不同编组情况的内燃机车经过时对建筑物 vlz 的影响图 10 以不同行车速度的内燃机车经过时对建筑物 vlz 的影响从图 7 中折线的多样性可直观看出楼板振动随楼层增高并不是单纯的增大或减小，列车的运行速度、编组以及轴重都会对建筑物楼板的振动产生不同程度的影响。而从图 8 中可直 观看出，在内燃机车、电力机车和动车组不同的牵引类型作用下，列车荷载都会对地面振动 产生不同程度的影响,在几乎相同行驶速度（v=80km/h）时，内燃机车所引发大地的振动水 平最大，电力机车次之，而动车组由于采用了动力分散牵引方式，所引发的振动最小；图 9 表明，在牵引类型同为 df 内燃机车的条件下，列车引发的建筑物振动与列车编组有关，列 车编组越长，轨道的持续振动时间就越长，所引发的建筑物振动就越大；同样图 10 表明， 在牵引类型同为 df 内燃机车的条件下，列车引发的建筑物振动与列车行驶速度有关，列车 行驶速度越大，列车对轨道的冲击就越强烈，所引发的建筑物振动就越大。2. 结论列车对建筑物振动的影响是比较复杂的，对其规律的认识是和掌握还需要进行大量的现 场试验研究。本文通过现场测试得出了下面的一些结论可供参考：(1) 列车引发的建筑物振动属于低频振动，其主要频率集中在小于30hz的范围内； (2) 建筑物的振级随楼层的增加呈现折线变化的趋势，楼层振动的传递存在拐点； (3) 在低速范围内，建筑物内的振级是随着列车速度的增加而增大的；(4) 列车引发的建筑物振动与列车编组有关，列车编组越长，轨道的持续振动时间就越 长，所引发的建筑物振动就越大；(5) 建筑物各楼层的振动基本上是随列车轴重的增大而增大；参考文献1 ma jun. present status and propagation laws of environmental vibrations induced by railway in chinaj.chinaenvironmental science, 1987, 7(5): 7074.2 夏禾, 吴萱, 于大明. 城市轨道交通系统引起的环境振动问题n. 北方交通大学学报, 1999, 4: 28323 曹国辉, 方志. 地铁运行引起房屋振动的研究j. 工业建筑, 2003, 12: 1925.4 bata m. effects on buildings of vibrations caused by trafficj. building science, 1971, 6:221246. 5 公害防止技街法规编辑委员会, 公害防止技衍法规振动篇r, 执善株式会社, 1984.6 江岛淳. 地盘振动对策基础法令交通建设振动m. 东京: 吉井书店, 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andinfluencing factors of structural vibrations nearby the track-line induced by moving trains are studied. the results show that the structural vibrations are of low-frequency characteristic; and the structures have attenuating functions to the high-frequency vibrations. higher train speed, lengthen the length o